Nghiên cứu nâng cao hiệu quả ứng dụng kỹ thuật GPS trong đo đạc địa chính tại thành phố Hải Phòng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu nghiên cứu giải pháp cải thiện kết quả ứng dụng kỹ thuật gps đo động xử lý sau trong đo đạc địa, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Nguyễn Văn Muôn
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Quốc Bình
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Địa chính
• Đề tài: Nghiên Cứu Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả Ứng Dụng Kỹ Thuật GPS Đo Động Xử Lý Sau Trong Đo Đạc Địa Chính (Thử Nghiệm Trên Địa Bàn Thành Phố Hải Phòng)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS
• 1.1. Sự hình thành của hệ thống GPS
• 1.2. Cấu trúc của hệ thống GPS
• 1.2.1. Đoạn không gian
• 1.2.2. Đoạn điều khiển
• 1.2.3. Đoạn sử dụng
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KỸ THUẬT GPS ĐO ĐỘNG XỬ LÝ SAU
• 3. CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM THỰC TẾ VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ ỨNG DỤNG GPS ĐO ĐỘNG XỬ LÝ SAU TRONG ĐO ĐẠC ĐỊA CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hiệu quả ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính

Hệ thống GPS (Global Positioning System) đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong lĩnh vực đo đạc địa chính. Việc ứng dụng công nghệ GPS giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu không gian. Đặc biệt, GPS cho phép xác định tọa độ một cách nhanh chóng và chính xác, giảm thiểu thời gian và công sức so với các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối ưu, cần có sự hiểu biết sâu sắc về công nghệ này cũng như các phương pháp ứng dụng phù hợp.

1.1. Lịch sử phát triển và ứng dụng GPS trong đo đạc

Hệ thống GPS được phát triển từ những năm 1970 và đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn trong đo đạc địa chính. Các ứng dụng ban đầu chủ yếu tập trung vào quân sự, nhưng dần dần đã mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả dân sự và thương mại. Việc ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính đã giúp cải thiện đáng kể độ chính xác và hiệu quả công việc.

1.2. Các lợi ích của việc sử dụng GPS trong đo đạc địa chính

Việc sử dụng GPS trong đo đạc địa chính mang lại nhiều lợi ích, bao gồm: độ chính xác cao, khả năng thu thập dữ liệu nhanh chóng, và giảm thiểu sự phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Hệ thống GPS cũng cho phép người dùng dễ dàng tích hợp dữ liệu vào các phần mềm quản lý và phân tích địa lý.

II. Những thách thức trong việc ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính

Mặc dù GPS mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc ứng dụng công nghệ này trong đo đạc địa chính cũng gặp phải một số thách thức. Các yếu tố như sai số tín hiệu, điều kiện địa hình phức tạp, và sự phụ thuộc vào số lượng vệ tinh có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo đạc. Do đó, việc hiểu rõ các thách thức này là rất quan trọng để có thể tìm ra giải pháp khắc phục.

2.1. Sai số tín hiệu và ảnh hưởng đến kết quả đo đạc

Sai số tín hiệu là một trong những vấn đề lớn nhất khi sử dụng GPS trong đo đạc địa chính. Các yếu tố như nhiễu sóng, phản xạ từ bề mặt đất, và sự thay đổi trong khí quyển có thể làm giảm độ chính xác của tín hiệu GPS. Việc nhận diện và giảm thiểu các sai số này là rất cần thiết để đảm bảo kết quả đo đạc chính xác.

2.2. Điều kiện địa hình và ảnh hưởng đến hiệu quả GPS

Điều kiện địa hình phức tạp, như núi non, tòa nhà cao tầng, có thể gây cản trở tín hiệu GPS. Điều này dẫn đến việc khó khăn trong việc thu thập dữ liệu chính xác. Các giải pháp như sử dụng nhiều vệ tinh hoặc kết hợp với các công nghệ khác có thể giúp cải thiện tình hình này.

III. Phương pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính

Để nâng cao hiệu quả ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính, cần áp dụng các phương pháp và kỹ thuật tiên tiến. Việc lựa chọn tham số đo tối ưu, kết hợp với các công nghệ khác như GIS (Hệ thống thông tin địa lý) có thể giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả công việc. Ngoài ra, việc đào tạo nhân lực cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả ứng dụng GPS.

3.1. Lựa chọn tham số đo tối ưu cho GPS

Việc lựa chọn tham số đo tối ưu là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác trong quá trình đo đạc. Các tham số như thời gian đo, số lượng vệ tinh sử dụng, và phương pháp xử lý dữ liệu cần được xem xét kỹ lưỡng để đạt được kết quả tốt nhất.

3.2. Kết hợp GPS với các công nghệ khác

Kết hợp GPS với các công nghệ khác như GIS có thể giúp tối ưu hóa quy trình đo đạc. Việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan hơn về khu vực nghiên cứu, từ đó nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác quản lý đất đai.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về GPS trong đo đạc địa chính

Nghiên cứu thực tiễn về ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính đã cho thấy những kết quả khả quan. Các thử nghiệm được thực hiện tại thành phố Hải Phòng đã chứng minh rằng việc sử dụng GPS có thể nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu địa chính. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.

4.1. Kết quả thử nghiệm GPS tại Hải Phòng

Các thử nghiệm được thực hiện tại Hải Phòng cho thấy rằng việc sử dụng GPS trong đo đạc địa chính đã mang lại kết quả chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Đặc biệt, thời gian thu thập dữ liệu cũng được rút ngắn đáng kể.

4.2. Ứng dụng GPS trong quản lý đất đai

Việc ứng dụng GPS trong quản lý đất đai đã giúp cải thiện quy trình lập bản đồ và quản lý thông tin địa chính. Các cơ quan chức năng có thể dễ dàng truy cập và sử dụng dữ liệu GPS để phục vụ cho công tác quản lý và phát triển bền vững.

V. Kết luận và tương lai của ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính

Tương lai của ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính rất hứa hẹn. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, GPS sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong công tác đo đạc. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp mới sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng GPS trong lĩnh vực này.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ GPS

Công nghệ GPS đang không ngừng phát triển với nhiều cải tiến về độ chính xác và khả năng ứng dụng. Các nghiên cứu mới sẽ giúp mở rộng khả năng của GPS trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm cả đo đạc địa chính.

5.2. Đề xuất nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để nâng cao hiệu quả ứng dụng GPS trong đo đạc địa chính. Việc kết hợp GPS với các công nghệ mới như AI và Big Data có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và kết luận, luận văn có cấu trúc gồm 03 chƣơng: Chƣơng 1. Tổng quan về công nghệ GPS Chƣơng 2. Cơ sở khoa học của kỹ thuật GPS đo động xử lý sau Chƣơng 3. Thử nghiệm thực tế và đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng GPS đo động xử lý sau trong đo đạc địa chính trên địa bàn thành phố Hải Phòng.

7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GPS 1. Sự hình thành của hệ thống GPS Từ những năm 60 của thế kỷ XX, Cơ quan Hàng không và Vũ trụ (NASA) cùng với Quân đội Hoa Kỳ đã tiến hành chƣơng trình nghiên cứu, phát triển hệ thống dẫn đƣờng và định vị chính xác bằng vệ tinh nhân tạo. Hệ thống định vị dẫn đƣờng bằng vệ tinh thế hệ đầu tiên là hệ thống TRANSIT.

Hệ thống này có 6 vệ tinh, hoạt động theo nguyên lý Doppler. Hệ thống TRANSIT đƣợc sử dụng trong thƣơng mại vào năm 1967. Một thời gian ngắn sau đó TRANSIT bắt đầu ứng dụng trong trắc địa. Việc thiết lập mạng lƣới điểm định vị khống chế toàn cầu là những ứng dụng sớm nhất của hệ TRANSIT.

Định vị bằng hệ thống TRANSIT cần thời gian quan trắc rất lâu mà độ chính xác chỉ đạt cỡ 1m. Do vậy, trong công tác trắc địa - bản đồ hệ thống TRANSIT chỉ phù hợp với công tác xây dựng các mạng lƣới khống chế cạnh dài. Nó không thỏa mãn đƣợc các ứng dụng đo đạc thông dụng nhƣ đo đạc bản đồ, các công trình dân dụng. Tiếp sau thành công bƣớc đầu của hệ thống TRANSIT, hệ thống định vị vệ tinh thế hệ thứ hai ra đời có tên là NAVSTAR-GPS (Navigtion Satellite Timing And Ranging – Global Positioning System) gọi tắt là GPS.

Hệ thống này bao gồm 24 vệ tinh phát tín hiệu, bay quanh Trái đất theo những quỹ đạo xác định. Độ chính xác định vị bằng hệ thống này đƣợc nâng cao một cách đáng kể so với TRANSIT và nhƣợc điểm về thời gian quan trắc đã đƣợc khắc phục. Một năm sau khi phóng vệ tinh thử nghiệm NTS-2 (Navigation Technology Sattellite 2), giai đoạn thử nghiệm vận hành hệ thống GPS bắt đầu với việc phóng vệ tinh GPS khối I. Từ năm 1978 dến 1985 có 11 vệ tinh khối I đã đƣợc phóng lên quỹ đạo.

Hiện nay hầu hết số vệ tinh thuộc khối I đã hết hạn sử dụng. Việc phóng vệ tinh thế hệ thứ II (khối II) bắt đầu vào năm 1989. Sau giai đoạn này, 24 vệ tinh đã đƣợc triển khai trên 6 quĩ đạo nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo trái đất với chu kỳ 12 giờ 58 phút, ở độ cao xấp xỉ 12. Loại vệ tinh bổ sung thế hệ III (khối IIR, IIR-M và II-F) đƣợc thiết kế thay cho những vệ tinh khối II, cho đến nay đã có 32 vệ tinh của hệ thống GPS hoạt động trên quỹ đạo.

Gần nhƣ đồng thời với hệ thống GPS của Mỹ, Nga cũng phát triển một hệ thống tƣơng tự với tên gọi GLONASS (nhƣng không thƣơng mại hóa rộng rãi). Hiện nay Liên 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] minh Châu Âu đang phát triển hệ dẫn đƣờng vệ tinh của mình mang tên GALILEO, hiện đã có một số vệ tinh đã đƣợc đƣa lên quỹ đạo và hệ thống dự kiến đƣợc đƣa vào sử dụng năm 2014. Trung Quốc thì phát triển hệ thống định vị toàn cầu của mình mang tên BEIDOU (Bắc Đẩu) bao gồm 35 vệ tinh. Ngoài ra còn một số hệ thống định vị vệ tinh khác đƣợc sử dụng ở một số nơi trên thế giới.

Những ứng dụng sớm nhất của công nghệ GPS trong trắc địa là đo đạc các mạng lƣới trắc địa mặt bằng, năm 1983 ngƣời ta đã xây dựng mạng lƣới trắc địa ở Elfel (CHLB Đức), tiếp theo đó nhiều mạng lƣới khác cũng đƣợc xây dựng ở Montgomery County, Pennsylvania (Mỹ),. Ở Việt Nam, ngay từ những năm 1991-1992 chúng ta cũng đã sử dụng công nghệ GPS để xây dựng một số mạng lƣới tọa độ nhà nƣớc hạng II ở những vùng khó khăn chƣa có lƣới khống chế (Minh Hải, Tây Nguyên,. Sử dụng GPS để xây dựng lƣới trắc địa biển, kết nối đất liền với các hải đảo trong một hệ thống tọa độ chung. Trong những năm 1995-1997 chúng ta đã xây dựng mạng lƣới GPS cấp “0”, trên cơ sở đó thành lập hệ quy chiếu Quốc gia mới (VN-2000) cũng nhƣ việc lập lƣới khống chế hạng III phủ trùm lãnh thổ (gần 30.

Hiện nay, hệ thống GPS vẫn đang phát triển và ngày càng hoàn thiện về phần cứng (thiết bị đo) và phần mềm (chƣơng trình xử lý số liệu), đƣơc ứng dụng rộng rãi vào mọi dạng công tác trắc địa bản đồ, trắc địa công trình dân dụng và các công tác định vị khác theo chiều hƣớng ngày càng đơn giản, hiệu quả. Cấu trúc của hệ thống GPS GPS là một hệ thống kỹ thuật phức tạp, song theo sự phân bố không gian ngƣời ta chia hệ thống GPS thành 3 phần (còn gọi là đoạn – segment): - Đoạn không gian (Space Segment); - Đoạn điều khiển (Control Segment); - Đoạn sử dụng (User Segment). 9 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Cấu trúc của hệ thống GPS.

Đoạn không gian Đoạn không gian gồm tối thiểu 24 vệ tinh bay trên 6 mặt phẳng quỹ đạo cách đều nhau và có góc nghiêng 55o so với mặt phẳng xích đạo của Trái đất. Quỹ đạo của vệ tinh gần nhƣ hình tròn, vệ tinh bay ở độ cao xấp xỉ 20200 km so với mặt đất, bán kính quỹ đạo 26. Vệ tinh GPS chuyển động trên quỹ đạo với chu kỳ là 718 phút, mỗi một quỹ đạo có ít nhất 4 vệ tinh. Do đó, ở bất kỳ thời gian nào và ở bất kỳ vị trí quan trắc nào trên Trái đất trong điều kiện địa hình thông thoáng cũng có thể quan trắc đƣợc ít nhất 4 vệ tinh GPS - điều kiện tối thiểu để có thể định vị đƣợc trong không gian 3 chiều.

Sơ đồ quỹ đạo vệ tinh hệ thống GPS. 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Vệ tinh GPS đang bay trên quĩ đạo quanh Trái đất. Một thành phần quan trọng của đoạn không gian là tín hiệu phát từ vệ tinh đến các máy thu.

Việc phát và thu tín hiệu vệ tinh là cơ sở để đo đạc với hệ thống GPS. Tín hiệu phát ra từ vệ tinh bao gồm 3 thành phần cơ bản sau: - 2 sóng tải (hay sóng mang - carrier wave) trong dải tần số L (L band) là L1 và L2; - Mã giả ngẫu nhiên sử dụng để đo khoảng cách, bao gồm C/A-code và P-code (hay Y-code); - Thông báo định vị (navigation message). Mỗi vệ tinh GPS có 1 đồng hồ nguyên tử rất chính xác. Các đồng hồ này xung nhịp với tần số f 0  10.23MHz là tần số cơ bản để tạo ra tín hiệu phát đi từ vệ tinh.

Các sóng tải có nhiệm vụ chuyển tải mã đo khoảng cách và các thông báo định vị. Vệ tinh GPS phát ra sóng tải ở 2 tần số ký hiệu là L1 và L2, các tần số này đƣợc tính từ tần số cơ bản nhƣ sau: f L1  154  f 0  1575.60Mhz ; Từ các tần số trên, có thể tính đƣợc bƣớc sóng của L1 và L2 nhƣ sau: c c L1   19cm L 2   24cm f L1 f L2 Các mã giả ngẫu nhiên đƣợc sử dụng để đo khoảng cách từ vệ tinh tới máy thu. Các mã này đƣợc gọi là giả ngẫu nhiên vì chúng có tính chất gần giống nhƣ một mã ngẫu nhiên, nhƣng trong thực tế đƣợc phát sinh ra theo một thuật toán phức tạp mà ta có 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] thể biểu diễn một cách đơn giản dƣới dạng hàm số G = G(PRN) với PRN là số nguyên có giá trị từ 1 đến 36. Với mỗi một giá trị của PRN sẽ có một mã giả ngẫu nhiên.

Mỗi vệ tinh GPS đƣợc gán một giá trị PRN riêng và do đó nó có mã giả ngẫu nhiên riêng [1]. Có 2 loại mã giả ngẫu nhiên là: - C/A-code (viết tắt của từ "clear/access code" hay "coarse/acquisition code"), đƣợc phát đi ở tần số 1.023MHz và có chu kỳ lặp lại là 1ms (cứ 1ms thì mã C/A-code lại lặp lại). Chỉ có sóng tải L1 là đƣợc điều biến bởi C/A-code, tức là mã này chỉ có trong sóng L1. - P-code (viết tắt của từ "private code" hay "precise code"), đƣợc phát đi ở tần số 10.23MHz và có chu kỳ lặp lại là 266.4 ngày này đƣợc chia thành các khoảng 7 ngày (1 tuần) và mỗi khoảng đƣợc gán với 1 vệ tinh.

Nhƣ vậy, P-code của mỗi vệ tinh sẽ lặp lại sau 1 tuần. P-code đƣợc truyền bởi cả 2 sóng tải là L1 và L2. Khi chế độ A/S (Anti Spoofing) đƣợc bật thì P-code đƣợc mã hóa thành Y-code và ngƣời dùng dân sự không sử dụng đƣợc. - Các thông báo định vị (Navigation message) chứa các thông tin dự báo về: + Lịch vệ tinh; + Các hệ số của mô hình dùng để hiệu chỉnh sai lệch đồng hồ của vệ tinh; + Trạng thái (hay sức khỏe) của vệ tinh (đang hoạt động, ngừng hoạt động, sửa chữa,.); + Các thông số của mô hình mô tả ảnh hƣởng của tầng điện ly.

Các thông tin dự báo trên đƣợc các trạm điều khiển cung cấp lên vệ tinh rồi truyền xuống các máy thu của ngƣời sử dụng trong các thông báo định vị. Các thông báo định vị đƣợc phát đi từng bít một (0 hay 1) cứ sau 20 chu kỳ lặp lại của mã C/A-code. Toàn bộ một thông báo định vị dài 1500bit và để truyền tải một thông báo nhƣ vậy cần 30s [8]. 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.

Cấu trúc tín hiệu GPS [1]. Đoạn điều khiển (Control segment) Đoạn này gồm 5 trạm quan sát trên mặt đất, trong đó có một trạm điều khiển trung tâm đặt tại Colorado Springs (Mỹ) và 4 trạm theo dõi đặt tại Hawaii (Thái Bình Dƣơng), Ascension Island (Đại Tây Dƣơng), Diego Garcia (Ấn Độ Dƣơng) và Kwajalein (Đông Thái Bình Dƣơng). Các trạm này tạo thành một vành đai bao quanh Trái đất. Các trạm điều khiển theo dõi liên tục tất cả các vệ tinh có thể quan sát đƣợc.

Các số liệu quan sát đƣợc ở các trạm này đƣợc chuyển về trạm điều khiển trung tâm (MCS – master control station), tại đây việc tính toán số liệu chung đƣợc thực hiện và cuối cùng các thông tin đạo hàng cập nhật đƣợc chuyển lên các vệ tinh, để sau đó từ vệ tinh chuyển đến các máy thu của ngƣời sử dụng. 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.